L’unità della vita
A livello di organizzazione cellulare, i principali processi chimici di tutta la materia vivente sono simili, se non identici. Questo è vero per gli animali, le piante, i funghi o i batteri; dove si verificano variazioni (come, ad esempio, nella secrezione di anticorpi da parte di alcune muffe), i processi varianti non sono che variazioni su temi comuni. Così, tutta la materia vivente è costituita da grandi molecole chiamate proteine, che forniscono supporto e movimento coordinato, così come stoccaggio e trasporto di piccole molecole, e, come catalizzatori, permettono alle reazioni chimiche di avvenire rapidamente e specificamente a temperatura mite, a concentrazione relativamente bassa e in condizioni neutre (cioè, né acide né basiche). Le proteine sono assemblate da circa 20 aminoacidi e, come le 26 lettere dell’alfabeto possono essere assemblate in modi specifici per formare parole di varia lunghezza e significato, così decine o addirittura centinaia delle 20 “lettere” di aminoacidi possono essere unite per formare proteine specifiche. Inoltre, quelle porzioni di molecole proteiche coinvolte nello svolgimento di funzioni simili in organismi diversi spesso comprendono le stesse sequenze di aminoacidi.
C’è la stessa unità tra le cellule di tutti i tipi nel modo in cui gli organismi viventi conservano la loro individualità e la trasmettono alla loro prole. Per esempio, l’informazione ereditaria è codificata in una specifica sequenza di basi che compongono la molecola di DNA (acido desossiribonucleico) nel nucleo di ogni cellula. Solo quattro basi sono utilizzate nella sintesi del DNA: adenina, guanina, citosina e timina. Proprio come il codice Morse consiste di tre semplici segnali – un trattino, un punto e uno spazio – la cui precisa disposizione è sufficiente per trasmettere messaggi codificati, così la precisa disposizione delle basi nel DNA contiene e trasmette le informazioni per la sintesi e l’assemblaggio dei componenti cellulari. Alcune forme di vita primitive, tuttavia, usano l’RNA (acido ribonucleico; un acido nucleico che differisce dal DNA in quanto contiene lo zucchero ribosio invece dello zucchero desossiribosio e la base uracile invece della base timina) al posto del DNA come vettore primario di informazioni genetiche. La replicazione del materiale genetico in questi organismi deve comunque passare attraverso una fase del DNA. Con piccole eccezioni, il codice genetico usato da tutti gli organismi viventi è lo stesso.
Anche le reazioni chimiche che avvengono nelle cellule viventi sono simili. Le piante verdi usano l’energia della luce solare per convertire l’acqua (H2O) e l’anidride carbonica (CO2) in carboidrati (zuccheri e amidi), altri composti organici (contenenti carbonio) e ossigeno molecolare (O2). Il processo di fotosintesi richiede energia, sotto forma di luce solare, per scindere una molecola di acqua in metà di una molecola di ossigeno (O2; l’agente ossidante) e due atomi di idrogeno (H; l’agente riducente), ognuno dei quali si dissocia in uno ione idrogeno (H+) e un elettrone. Attraverso una serie di reazioni di ossidoriduzione, gli elettroni (indicati con e-) sono trasferiti da una molecola donatrice (ossidazione), in questo caso l’acqua, a una molecola accettante (riduzione) attraverso una serie di reazioni chimiche; questo “potere riducente” può essere accoppiato in ultima analisi alla riduzione dell’anidride carbonica al livello dei carboidrati. In effetti, l’anidride carbonica accetta e si lega con l’idrogeno, formando carboidrati (Cnn).
Gli organismi viventi che richiedono ossigeno invertono questo processo: consumano carboidrati e altri materiali organici, utilizzando l’ossigeno sintetizzato dalle piante per formare acqua, anidride carbonica ed energia. Il processo che rimuove gli atomi di idrogeno (contenenti elettroni) dai carboidrati e li passa all’ossigeno è una serie di reazioni che producono energia.
Nelle piante, tutti i passi del processo che converte l’anidride carbonica in carboidrati, tranne due, sono gli stessi che sintetizzano gli zuccheri da materiali di partenza più semplici in animali, funghi e batteri. Allo stesso modo, la serie di reazioni che prendono un dato materiale di partenza e sintetizzano certe molecole che saranno usate in altre vie di sintesi sono simili, o identiche, tra tutti i tipi di cellule. Da un punto di vista metabolico, i processi cellulari che avvengono in un leone sono solo marginalmente diversi da quelli che avvengono in un dente di leone.